[发明专利]一种捕集、固定和净化二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫和氮氧化物的化学方法

说明书

【技术领域】

本发明属于资源环境、化工技术领域，具体地说涉及用于二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、氮氧化物捕集、化学固定和净化的新型高效化学吸收剂。

【背景技术】

二氧化碳(CO₂)、二氧化硫(SO₂)、三氧化硫(SO₃)和氮氧化物(NO_X)等温室气体正对气候产生严重的负面影响。目前我国对大气环境的治理主要集中在脱硫方面，对NO_X、CO₂的治理还处在起步阶段。随着人们环保意识的增强，减排温室气体的呼声越来越高，改善环境状况的要求也越来越迫切。尽管现有技术已经实现了燃煤锅炉减排SOx，但是脱硫的深度还有待进一步提高，以避免大量硫化物排放至大气中。CO₂作为目前地球上最主要的温室气体，近几年其排放量已达到185-242亿吨/年。同时，CO₂又是地球上取之不尽用之不竭的碳资源。因此，捕集、储存和资源化利用排放到大气中的大量CO₂不仅是降低大气中温室气体含量，而且是缓解“碳源危机”的重要手段。

目前，工业上最好的脱硫技术可以除去约95％的含硫气体，最好的脱硝技术可以除去约85％的含氮氧化物气体。已有文献报道的CO₂捕集分离方法主要包括吸收分离法、吸附法、膜分离法、低温蒸馏法、水合物法，等等。在这些方法中，吸收分离法是进入工业规模试验的方法，采用的主吸收剂为一乙醇胺(MEA法)。尽管MEA法及其改进方法具有吸收速度快、吸收能力强、设备尺寸小等特点。但是也存在很多问题，如：胺降解、腐蚀、解析温度高、能耗较高等问题都未得到彻底解决。另外，预先经过脱硫(SO₂和SO₃)、脱硝(NO_X)然后再脱碳(CO₂)等三道工序增大了能耗，而且容易造成二次排放。因此，一步实现脱硫、脱硝、脱碳的技术日益受到人们的关注。但是，已有一步法的再生能耗高，再生的气体不能实现梯度解析，要重新分离，因而对C1资源的再利用没有经济利用价值。因此，对如何实现一步捕集多种温室气体(CO₂、SO₂、SO₃和NO_X)，然后再梯度解析出单一气体物种，从而一步实现多种气体捕集，单一气体净化富集等新技术提出了新的要求。

目前，采用有机金属配合物固定CO₂的方法已有报道，主要集中在镧、镍铜等配合物，而有机金属铋和有机金属锑等配合物受到的关注较小，尤其是其在CO₂化学固定和资源化利用方面；主要是合成的含铋和锑的配合物不稳定，对水和空气敏感，更不可能暴露在酸性气体里面。目前已经报道的有固定CO₂应用的含铋或者含锑配合物其配体也主要集中于pincer配体，并且存在很多问题，如：只能对单一CO₂进行吸收，不能实现多种气体的富集净化，而且吸收效率较低，吸收条件苛刻，再生能耗高，重复利用性差，配合物稳定性差等。本专利申请人在其于2008年9月17日公开的公开号为CN101264415A、其题为“一种捕集回收二氧化碳的新型化学吸收剂”的专利申请中，记载了一种新型的有机铋和有机锑的氧化物，发现这类配合物在溶剂的共同作用下可以很好的化学固定CO₂。但是该申请仅限于有机铋和有机锑的氧化物，而且其应用也仅限于固定CO₂这个单一温室气体，对多种温室气体存在条件下的捕集解析未作深入探讨。基于此，我们合成了一系列对空气稳定的含5，6，7，12-[c，f][1，5]-硫铋(锑)辛烯骨架的有机铋(锑)配合物并且发现这类化合物对空气稳定，另外，我们还发现它们对一系列的有机合成反应都具有良好的催化效果。基于现有的文献报道和我们的研究发现，我们设想将这类含有上述骨架的化合物应用于CO₂等系列温室气体的化学固定和净化或许能够实现多种气体捕集，单一气体净化富集的新目标。